[發明專利]基于遺傳算法頻率分集共形陣列波束的解耦合方法及天線

有效

• 申請號: 201710644015.5
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107657070B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 李文濤;崔燦;葉秀眺;黑永強;史小衛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;西安中電科西電科大雷達技術協同創新研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N3/12;H01Q21/00
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種基于遺傳算法的頻率分集共形陣列距離-角度波束的解耦合方法，其特征在于，所述基于遺傳算法的頻率分集共形陣列距離-角度波束的解耦合方法使用全波電磁仿真軟件提取頻率分集共形陣列天線單元的有源單元方向圖；通過構建頻率分集共形陣列遠場功率方向圖，利用遺傳算法對陣列單元的激勵幅值，激勵相位以及陣元間頻率增量進行優化，實現頻率分集共形陣列方向圖的主瓣集中于期望的距離-角度區域，完成頻率分集共形陣列距離-角度波束的解耦合；

所述基于遺傳算法的頻率分集共形陣列距離-角度波束的解耦合方法包括以下步驟：

步驟一，設置系統指標參數，根據系統指標要求設置頻率分集共形陣列的陣元數目N，陣元間距d，中心頻率f₀，選取陣列的共形載體，確定陣列的單元形式；

步驟二，獲取頻率分集共形陣列單元的有源單元方向圖，使用全波電磁仿真軟件得到N元頻率分集共形陣列中的每個陣列單元的有源單元方向圖其中，n＝0,…,N-1，θ是空間俯仰角，是空間方位角；

步驟三，構建頻率分集共形陣列的遠場功率方向圖；

步驟四，優化頻率分集共形陣列遠場功率方向圖，完成距離-角度波束的解耦合；

1)確定頻率分集共形陣列陣元激勵幅值的動態范圍為[a_min,a_max]，激勵相位的動態范圍為[φ_min,φ_max]，頻率增量的動態范圍為[Δf_min,Δf_max]，確定遺傳算法最大循環次數Gen_max，種群規模2N_p，并對種群個體Y_ij進行初始化，其中，i表示第i個個體，i＝1,2,...,2N_p，j表示第j個優化分量，j＝1,2,...,D，D為待優化變量數,D＝3N，N為頻率分集共形陣列的陣元數目，{Y_ij|j＝1,2,...,N}對應的是陣元激勵幅值優化分量，{Y_ij|j＝N+1,N+2,...,2N}對應的是陣元激勵相位優化分量，{Y_ij|j＝2N+1,2N+2,...,3N}對應的是陣元間頻率增量優化分量，各優化分量在其定義區間內隨機產生；

2)確定種群個體的適應度fit(Y_ij)：

fit(Y_ij)＝w₁·(|P(R₀,θ₀)-P_d(R₀,θ₀)|)+w₂·(|SLL-SLL_d|)；

其中，P(R₀,θ₀)和P_d(R₀,θ₀)分別表示第Y_ij個個體在期望距離-角度處優化得到的陣列功率方向圖及目標功率方向圖，SLL表示優化所得的第Y_ij個個體的最大副瓣電平，SLL_d表示目標副瓣電平，w₁，w₂分別為權重系數；

3)適應度評估并進行選擇：

根據計算出的種群個體適應度值按從小到大的順序對種群個體排序，并依據輪盤賭準則選擇N_p個優秀個體，選擇所得的個體表示為Y_ij^s，其中i＝1,…,N_p，j＝1,…,3N，適應度值越大的個體被選擇的概率越大，其概率表示為：

4)對選擇的個體Y_ij^s進行交叉操作，獲得交叉個體Y_ij^c：

對Y_ij^s中的個體按照適應度函數值首尾兩兩配對，進行交叉，交叉采用實數編碼的交叉算子，假設進行交叉的個體分別為Y_i1j^s和Y_i2j^s，則交叉后所產生的新個體為：

其中，α是[0,1]內的隨機數，所獲得變異個體Y_ij^c中，i＝1,…,2N_p，j＝1,…,3N；

5)對交叉個體Y_ij^c進行變異操作，獲得變異個體Y_ij^m：

在交叉個體中隨機選擇一個個體進行變異操作，假設所選擇的個體為Y_i1j^c，則變異操作如下：

將所獲得的變異個體表示為Y_ij^m；

6)將未變異的交叉個體與所獲得的變異個體組成新的種群，重復執行2)～5)，直至滿足優化目標要求或完成最大循環次數時，跳出循環并輸出優化后的激勵幅值，激勵相位以及頻率增量，并將其作為頻率分集共形陣列的最終激勵幅值A_n，激勵相位Φ_n，以及頻率增量ΔF_n；

7)計算最終的頻率分集共形陣列的遠場功率方向圖，完成距離-角度波束的解耦合。